浮游植物光合速率葉綠素螢光快速定量分析方法研究

《浮游植物光合速率葉綠素螢光快速定量分析方法研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由殷高方擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：浮游植物光合速率葉綠素螢光快速定量分析方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：殷高方
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

浮游植物光合速率是光合作用狀態和生長潛能的指示劑，實時快速測量浮游植物光合速率對於研究水體初級生產力、防治水華和赤潮災害、評估水體生態風險具有重要的現實意義。而當前對浮游植物光合速率測量大多採用現場採樣後離線分析的方法，缺乏實時快速的分析手段。鑒於此，本項目提出一種基於葉綠素螢光的浮游植物光合速率快速定量分析新方法，採用葉綠素螢光作為光合作用過程的探針，重點研究浮游植物葉綠素螢光的可變光脈衝誘導方法，將複雜的光合作用能流過程分段，通過分析不同誘導模式下葉綠素螢光動力學曲線，分段獲得主導光合作用能流效率的光合參數；在此基礎上，根據生物膜能流過程，建立浮游植物光合速率的葉綠素螢光定量分析方法。該方法解決了現有葉綠素螢光技術難以全面解析複雜的光合作用過程，準確獲得光合作用能流效率的難題，實現了浮游植物光合速率的實時快速分析，為發展現場原位測量技術提供方法基礎。

結題摘要

浮游植物光合作用過程是水體生態系統物質循環和能量流動的基礎環節，其光合速率是光合作用狀態和生長潛能的指示劑，實時快速測量浮游植物光合速率對於研究水體初級生產力、防治水華和赤潮災害、評估水體生態風險具有重要的現實意義。黑白瓶、同位素示蹤等傳統光合速率測量方法需要“現場採樣-溫育培養-離線分析”，存在測量時間長、手續繁瑣、效率低，難以滿足現場快速測量需求。本項目研究了一種基於可變光誘導螢光動力學技術的浮游植物光合速率快速定量分析方法，圓滿完成計畫書中規定的目標和任務，主要研究工作和取得的研究成果如下： （1）研究了浮游植物光合作用電子阻塞位點可變光脈衝調控方法，重點研發了激發光強自適應調控技術，設計了可變光脈衝調控電路，實現了不同浮游植物測量過程中的光強自適應調控，解決了光合電子傳遞鏈阻塞位點的精確調控問題； （2）研究了可變光脈衝誘導下快速和弛豫螢光信號檢測技術，設計低噪聲光電信號轉換與基於時間交替的多路採樣電路，實現了微秒量級快相螢光動力學曲線精確採樣；設計了同步積分技術的螢光檢測電路，實現了微弱弛豫螢光信號的高靈敏檢測。 （3）研究了螢光動力曲線的光合參數反演算法，包括最大螢光產率滑動視窗斜率判定方法，光化學量子效率和功能吸收截面線性最小二乘算法，以及PQ平均還原時間常數離散疊代算法，實現浮游植物光合作用參數的準確反演；在此基礎上，基於生物膜能流理論，建立了浮游植物光合速率螢光動力學分析方法。 （4）構建了浮游植物光合速率聯合實驗平台並進行了對比實驗測試，結果表明：DCMU脅迫、鹽脅迫、不同光照培養、不同營養鹽條件下，螢光動力學法測量的電子傳遞速率ETRa與液相氧電極測量的光合放氧速率PO2間具有良好線性相關性，線性相關係數R2分別為0.869、0.881、0.865、0.849，驗證了螢光動力法測量光合速率有效性和準確性。 本項目研究成果為發展浮游植物光合速率的實時快速測量技術提供方法基礎。